高速高精度放射性核素4Πβ-γ符合测量仪制造技术

本发明专利技术公开一种高速高精度放射性核素4Πβ

【技术实现步骤摘要】
高速高精度放射性核素4
Πβ
‑
γ
符合测量仪


[0001]本专利技术涉及一种高速高精度放射性核素4Πβ
‑
γ符合测量仪，属于核电子学和快电子学领域。

技术介绍

[0002]长久以来，限制4Πβ
‑
γ测量系统的计算精度的主要因素有三个：一是数据采集采样率限制，二是放射源环境符合和电子学噪声干扰，三是计数修正公式推导繁琐且适用范围有限。针对上述三个问题，本专利技术提出了一种带有数字降噪的高速数据数字化仪和基于活时间方法的数字符合计算软件。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种高速高精度放射性核素4Πβ
‑
γ符合测量仪，建立一套高速高精度的放射性核素绝对活度测量系统。本专利技术要解决的技术问题在于建立一套用于放射源绝对活度测量的高速高精度测量装置，通过一系列核心技术问题的解决，很好地提升了放射源绝对活度测量的精度。本专利技术专利主要涉及放射性核素快信号的高速采集，信号处理，传输和符合计算等。本采集系统采用离线符合计算的技术方案，即通过高速ADC采集探测器的核脉冲信号，利用FPGA实时信号处理方法提取信号的能量和时间信息，然后经过高速接口将数据传输到上位机的数字符合软件中。在上位机中，通过延迟时间谱得到延迟时间和符合分辨时间，利用软件进行符合计算，计数修正和拟合外推，给出核素的绝对活度值。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种高速高精度放射性核素4Πβ
‑r/>γ符合测量仪，所述测量仪包括数字化仪和上位机软件，上位机软件包含采集控制模块和计算软件两部分，采集控制模块连接数字化仪和计算软件。数字化仪包括：高速采集模块和数据处理模块。
[0006]高速采集模块，包含抗混叠电路和高速ADC，用于采集前端电子学的输出信号，采样率高达1Gsps,采样深度可达14位。高速采集模块能满足应用场景的绝大部分闪烁探测器的采样率需求。
[0007]所述数据处理模块主要包含以下模块：
[0008]降噪模块，利用功率谱估计方法甄别和去除采集到的脉冲信号中的噪声信号。实际测量时，在正式测量之前，系统需要先采集一段噪声信号，并以此估计采集装置的噪声功率谱。噪声功率谱参数随后被传入降噪模块用于噪声甄别。此模块算法由c语言在商用DSP中实现。
[0009]数字信号处理模块，用于脉冲成型和脉冲信息提取。此模块由硬件描述语言在商用FPGA中实现。
[0010]高速数据传输模块，用于将原始脉冲信号或者将脉冲的能量和时间信息上传到计算软件中。本专利技术使用USB3.0协议传输数据。
[0011]上位机软件由C#语言在windows操作系统上编写完成。主要包含采集控制模块和计算软件两部分：
[0012]采集控制模块，用于控制整个系统的命令流和数据流，主要包括数字化仪工作模式配置，降噪模块参数计算和传输，采集的能使和复位，数字信号处理模块的参数配置，采集通道阈值，采样率等。采集控制模块是连接数字化仪和计算软件的纽带。
[0013]计算软件主要包含以下几个模块：
[0014]功率谱计算模块，根据采集的脉冲信号进行功率谱估计，并生成降噪模块的配置文件。
[0015]能谱绘制模块，根据采集的各通道脉冲信号生成各通道的能谱，时间间隔谱和通道间的延迟时间谱以及符合能谱。能谱用以观察脉冲能量特征和采集数据质量。延迟时间谱用于计算通道间的延迟时间和符合分辨时间。
[0016]死时间处理模块，用于在脉冲上人为添加一个确定的死时间数值以覆盖系统本身的死时间，本专利技术软件实现了固定死时间和拓展死时间两种死时间方式。
[0017]数字符合模块，用于符合计数的计算。此模块基于活时间方法，在输出符合计数，反符合计数的同时给出符合道的死时间。
[0018]计数修正模块，用于计数的死时间修正和偶然符合修正。本专利技术提出来基于活时间的计数修正方法，此方法对于系统的固定死时间和拓展死时间两种死时间方式都适用，并可以拓展至考虑out ofchannel效应的情况。
[0019]活度计算模块，利用拟合外推方法给出放射源的绝对活度值。本专利技术发展了smith给出的外推协方差矩阵计算方法，通过加权拟合方法解决了外推的过程中数据关联性的问题，获得了外推不确定度更小的绝对活度值。
[0020]为了满足实际测试需求，数字化仪可以被上位机软件配置成三种工作模式：预采集模式，实时模式和非实时模式。
[0021]预采集模式：将过阈值后的脉冲波形直接输送给上位机，由于此时所需的传输速率过大，因此将采集到的数据先缓存在数字化仪的内存中，等采集结束再上传到上位机软件进行分析。此模式有两个作用：一是采集噪声，用来确定降噪模块参数，二是在零阈值下分析脉冲波形，用来确定采集和数字信号处理的所需参数。预采集模式是正式采集前的准备环节。
[0022]采集模式又分为非实时模式和实时模式。实时模式中，为了减少数据的传输速率，只上传采集脉冲的时间信息和幅度信息，因此可以实现实时采集和传输。而非实时模式采集上传经过降噪和脉冲成型处理后的完整波形，采用先缓存再离线上传的模式。
[0023]优点和积极效果：
[0024](1)采用高速高性能ADC，能满足应用场景里绝大多数探测器的输出信号采样要求，最大限度保留探测器输出的脉冲信息。
[0025](2)通过功率谱估计方法能根据装置的具体噪声特征从采集到的信号筛选脉冲信号。
[0026](3)开发了一种基于活时间的计数修正方法。这种方法的使用不局限于系统的活时间的方式的选取，还能很方便地拓展到考虑out ofchannel的情形，摆脱了不同情形下修正公式的繁琐推导。
[0027]通过协方差矩阵和加权外推方法，减小了外推结果的不确定。实际测量结果表明，本套符合测量仪的测量不确定在0.3％以内。
附图说明
[0028]图1为数字化仪硬件示意图；
[0029]图2为FPGA+DSP逻辑结构示意图；
[0030]图3为计算软件框图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及具体实施例详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的技术人员是可以完全实现本专利技术权利要求的全部内容。
[0032]图1和图2分别显示了测量系统的硬件组成和逻辑结构。测量人员可以通过上位机采集控制模块利用usb3.0接口向数字化仪发送配置命令和状态命令，让数字化仪工作在合适的工作模式。图3是计算软件框图，波形数据被输入到采集控制模块用来确定数字化仪的工作参数。脉冲信息被输入到符合计算模块中用于计算放射源的绝对活度值。
[0033]一种高速高精度放射性核素4Πβ
‑
γ符合测量仪，所述测量仪包括数字化仪和上位机软件在内的一整套解决方案；所述上位机软件包含采集控制模块和计算软件两部分，采集控制模块连接数字化仪和计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速高精度放射性核素4Πβ
‑
γ符合测量仪，其特征在于，所述测量仪包括数字化仪和上位机软件；所述上位机软件包含采集控制模块和计算软件两部分，采集控制模块连接数字化仪和计算软件；所述数字化仪包括：高速采集模块和数据处理模块。2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述高速采集模块，包含抗混叠电路和高速高精度ADC，用于采集前端电子学的输出信号。3.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，数据处理模块包含降噪模块、数字信号处理模块和高速数据传输模块。4.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于，所述降噪模块，利用功率谱估计方法甄别和去除采集到的脉冲信号中的噪声信号；实际测量时，在正式测量之前，系统需要先采集一段噪声信号，并以此估计采集装置的噪声功率谱；噪声功率谱参数随后被传入降噪模块用于噪声甄别；此模块算法由c语言在商用DSP中实现。5.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于，所述数字信号处理模块，用于脉冲成型和脉冲信息提取；此模块由硬件描述语言在FPGA中实现。6.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于，所述高速数据传输模块，用于将原始脉冲信号或者将脉冲的能量和时间信息上传到计算软件中；使用USB3.0协议传输数据。7.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述上位机软件由C#语言在windows操作系统上编写完成。8.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述采集控制模块，用于控制整个系统的命令流和数据流，包括数字化仪工作模式配置，降噪模块参数计算和传输，采集的能使和复位，数字信号处理模块的参数配置，采集通道阈值，和采样率等。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟科，宋克柱，杨俊峰，李钰琨，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：